KR20230093666A - Methods of preparing spherical silicas and spherical silicas preparing therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물유리, 비이온계 계면활성제, 오일을 교반하여 안정된 에멀젼을 형성하는 단계; 상기 교반된 에멀젼을 질산 및 겔화제 (NH4HCO3) 혼합용액에 적하하는 단계; 75 내지 85 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 가열하는 단계; 초음파 및 마이크로웨이브를 통해 미량의 오일을 제거하는 단계, 물리적 연속 분리 공정으로 빠르게 고액 분리하는 단계 및 여과, 세정, 건조하는 단계를 포함하는 구형 실리카의 제조방법 및 그로부터 제조된 구형 실리카를 제공한다. 본 발명의 방법에 의하면 물유리, 비이온계 계면활성제 및 오일을 이용하는 W/O 에멀젼 시스템을 이용하여, 흡유능이 향상된 구형 실리카를 제조할 수 있다. 또한 기존 공정 대비 공정 시간을 75% 절감함으로써 공정 효율을 높일 수 있다.The present invention comprises the steps of stirring water glass, nonionic surfactant, and oil to form a stable emulsion; Dropping the stirred emulsion into a mixed solution of nitric acid and a gelling agent (NH4HCO3); heating at 75 to 85° C. for 0.5 to 1 hour; A method for producing spherical silica comprising the steps of removing trace amounts of oil through ultrasonic waves and microwaves, rapidly solid-liquid separation through a physical continuous separation process, and filtering, washing, and drying, and spherical silica prepared therefrom. According to the method of the present invention, spherical silica with improved oil absorption ability can be prepared using a W/O emulsion system using water glass, a nonionic surfactant, and oil. In addition, process efficiency can be increased by reducing process time by 75% compared to existing processes.

Description

구형 실리카 제조방법 및 그로부터 제조된 구형 실리카{Methods of preparing spherical silicas and spherical silicas preparing therefrom}Method for preparing spherical silica and spherical silica prepared therefrom {Methods of preparing spherical silicas and spherical silicas preparing therefrom}

본 발명은 구형 실리카 제조방법에 관한 것으로, 원료로서 물유리를 사용하고 w/o 에멀젼 시스템을 이용하며 물유리 에멀젼을 질산과 겔화제 혼합액에 적하하여 원스텝으로 반응시킴으로써 흡유능이 향상된 실리카를 제조하는 방법 및 물리적 방법을 이용하여 오일 제거 공정 시간을 단축시켜 공정 시간을 단축하는 기술에 대한 것이다.The present invention relates to a method for producing spherical silica, using water glass as a raw material, using a w/o emulsion system, and adding the water glass emulsion dropwise to a mixture of nitric acid and a gelling agent and reacting in one step to prepare silica with improved oil absorption capacity, and It relates to a technology for shortening the process time by reducing the oil removal process time using a physical method.

구형 실리카는 나노크기의 실리카(SiO2) 입자가 3차원 망목구조를 형성하고 기공률이 95% 이상의 초다공성 소재로서, 기공 부피가 매우 크고, 열전도도, 유전상수, 굴절률 등이 매우 낮아 단열재, 흡착제, 각종 담체, 저유전 코팅막, 반사방지막 등 다양한 분야에 유용하게 적용할 수 있다. Spherical silica is a super-porous material in which nano-sized silica (SiO2) particles form a three-dimensional network structure and has a porosity of over 95%. The pore volume is very large and the thermal conductivity, dielectric constant, and refractive index are very low. It can be usefully applied to various fields such as various carriers, low dielectric coating films, and antireflection films.

일반적으로 구형 실리카는 물유리 등의 실리카 전구체로부터 습윤겔을 제조하고, 습윤겔 내부의 액체 성분을 미세구조 파괴 없이 제거하여 제조된다. 표적인 실리카 에어로겔의 형태는 분말, 과립, 모노리스의 세 가지로 나눌 수 있으며, 일반적으로 분말의 형태로 제조된다.In general, spherical silica is prepared by preparing a wet gel from a silica precursor such as water glass, and removing liquid components inside the wet gel without destroying the microstructure. The form of the target silica airgel can be divided into three types: powder, granule, and monolith, and is generally manufactured in the form of powder.

대한민국 특허 제 10-1310286 호에서는 이온교환 수지를 이용하여 물유리 용액으로부터 고순도의 실리카 졸을 제조한 뒤 용매 치환 및 표면 개질 공정을 거쳐 구형의 실리카 분말 제조 방법을 제시하였다. 그러나 상기 발명은 장시간의 용매치환 및 표면 개질 공정이 반드시 필요하기 때문에 생산성이 낮아 가격이 높다는 점과 이온교환 수지를 사용한다는 점 때문에 대량 생산에 적합하지 않는 등의 불리한 점이 있다.Korean Patent No. 10-1310286 suggested a method for preparing spherical silica powder by preparing a high-purity silica sol from a water glass solution using an ion exchange resin, followed by solvent substitution and surface modification. However, the above invention has disadvantages such as high price due to low productivity because long-time solvent replacement and surface modification processes are necessarily required, and not suitable for mass production due to the fact that ion exchange resin is used.

또한, 도 1에 도시된 바와 같은 기존 공정에서는 오일 제거 공정에서 24 시간이라는 긴 시간이 소요되어 공정 효율을 낮추는 단점이 있다.In addition, in the existing process as shown in FIG. 1, a long time of 24 hours is required in the oil removal process, which lowers process efficiency.

이에 공정 시간을 단축하여 생산성을 향상하고, 아울러 제조되는 구형 실리카의 공극률을 조절하고 흡유능을 향상시키고자 하는 노력을 하던 중 본 발명에 이르렀다.Accordingly, efforts have been made to improve productivity by shortening the process time, to control the porosity of the spherical silica to be produced, and to improve the oil absorption capacity, and have reached the present invention.

본 발명에서는 물유리, 비이온계 계면활성제 및 오일을 사용하는 W/O 에멀젼 시스템으로부터 물유리의 액적을 적하하여 구형 실리카를 제조하는 방법에서 공정시간을 단축하고, 흡유능이 향상된 구형 실리카를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.In the present invention, in the method for preparing spherical silica by dropping droplets of water glass from a W / O emulsion system using water glass, a nonionic surfactant and oil, a method for preparing spherical silica with improved oil absorption capacity and shortening the process time want to provide

또한 본 발명은 상기 제조 방법으로부터 제조된 흡유능이 향상된 구형 실리카를 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a spherical silica with improved oil absorption capacity prepared by the above production method.

본 발명은 물유리, 비이온계 계면활성제, 오일을 교반하여 안정된 에멀젼을 형성하는 단계; 상기 교반된 에멀젼을 질산 및 겔화제 (NH4HCO3) 혼합용액에 적하하는 단계; 75 내지 85 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 가열하는 단계; 초음파 및 마이크로웨이브를 통해 미량의 오일을 제거하는 단계, 물리적 연속 분리 공정으로 빠르게 고액 분리하는 단계 및 여과, 세정, 건조하는 단계를 포함하는 구형 실리카의 제조방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of stirring water glass, nonionic surfactant, and oil to form a stable emulsion; Dropping the stirred emulsion into a mixed solution of nitric acid and a gelling agent (NH4HCO3); heating at 75 to 85° C. for 0.5 to 1 hour; Provided is a method for producing spherical silica, which includes removing trace amounts of oil through ultrasonic waves and microwaves, rapidly solid-liquid separation through a physical continuous separation process, and filtering, washing, and drying.

또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 구형 실리카를 제공한다.In addition, the present invention provides a spherical silica prepared by the above method.

본 발명에 의하면 원료로서 물유리를 사용하고 w/o 에멀젼 시스템을 이용하며 물유리 에멀젼을 질산과 겔화제 혼합액에 적하하여 원스텝으로 반응시킴으로써 비표면적과 흡유능이 향상된 실리카를 제조할 수 있다. 또한 물리적 방법을 이용하여 오일 제거 공정 시간을 단축시켜 공정 시간을 기존 공정 대비 75 % 이상 절감함으로써 공정 효율을 높일 수 있다. According to the present invention, silica with improved specific surface area and oil absorption ability can be produced by using water glass as a raw material, using a w/o emulsion system, and adding the water glass emulsion dropwise to a mixture of nitric acid and a gelling agent to react in one step. In addition, by reducing the oil removal process time using a physical method, the process efficiency can be increased by reducing the process time by more than 75% compared to the existing process.

도 1은 기존 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명 제조방법의 공정 모식도이다.
도 4a는 실시예 1에서 제조된 구형 실리카의 SEM 사진이다.
도 4b는 비교예 1에서 제조된 구형 실리카의 SEM 사진이다.
1 is a flow chart of an existing process.
2 is a process flow diagram of the manufacturing method of the present invention.
3 is a schematic process diagram of the manufacturing method of the present invention.
Figure 4a is a SEM picture of the spherical silica prepared in Example 1.
Figure 4b is a SEM picture of the spherical silica prepared in Comparative Example 1.

본 발명은 구형의 실리카/실리케이트를 합성하는데 있어서 W/O 에멀젼 시스템을 이용하는 공정으로, 구체적으로, 물유리, 비이온계 계면활성제, 오일을 교반하여 안정된 에멀젼을 형성하는 단계; 상기 교반된 에멀젼을 질산 및 겔화제 (NH4HCO3) 용액에 적하하는 단계; 75 내지 85 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 가열하는 단계; 초음파 및 마이크로웨이브의 물리적 연속 분리 공정으로 빠르게 고액 분리하는 단계 및 여과, 세정, 건조하는 단계를 포함하는 구형 실리카의 제조방법 및 그로부터 제조된 구형 실리카를 제공한다. The present invention is a process using a W / O emulsion system in synthesizing spherical silica / silicate, specifically, forming a stable emulsion by stirring water glass, a nonionic surfactant, and oil; Dropping the stirred emulsion into a solution of nitric acid and a gelling agent (NH4HCO3); heating at 75 to 85° C. for 0.5 to 1 hour; Provided is a method for producing spherical silica, which includes rapidly solid-liquid separation by a physical continuous separation process of ultrasonic waves and microwaves, and filtration, washing, and drying, and spherical silica prepared therefrom.

상기 물유리는 Na2O·nSiO2 (n=2∼4)외에 소량의 Fe2O3으로 되어 있고, 수분은 10∼30 % 이다. 물유리는 강한 알칼리성으로, 산으로 중화시켜 생성된 침전을 건조시킨 것이 실리카겔이다. 본 발명에서는 원료인 물유리의 농도를 조절함으로써 제조되는 구형 실리카의 공극을 조절할 수 있고, 이에 따라 실리카의 흡유능을 향상시킬 수 있다.The water glass is composed of a small amount of Fe2O3 in addition to Na2O·nSiO2 (n = 2 to 4), and the water content is 10 to 30%. Water glass is a strong alkali, and silica gel is made by drying the precipitate produced by neutralizing it with an acid. In the present invention, the pores of the spherical silica produced can be adjusted by adjusting the concentration of water glass, which is a raw material, and thus the oil absorption capacity of the silica can be improved.

본 발명에서 제안하는 물유리의 바람직한 농도는 물유리 내 SiO2 함량 기준 14.5 ~ 22.13 % (SiO2% w/w %)의 범위로 포함되게 하는 것이다. 상기 범위의 농도로 조절된 양의 물유리를 사용할 때 제조된 구형 실리카의 흡유능은 140 ~ 191 g/100g의 범위로 확인된다. 또한 상기 물유리는 바람직하게, 30 내지 50 ℃의 온도로 24 시간 숙성하여 필터하여 사용하는데, 이러한 경우 제조된 실리카의 표면에 매끄럽고 부산물이 적은 효과를 가져온다.The preferred concentration of the water glass proposed in the present invention is to be included in the range of 14.5 to 22.13% (SiO2% w/w %) based on the SiO2 content in the water glass. The oil absorption capacity of the spherical silica prepared when using water glass in an amount adjusted to the concentration in the above range was confirmed to be in the range of 140 to 191 g/100 g. In addition, the water glass is preferably aged at a temperature of 30 to 50 ° C. for 24 hours before use, and in this case, the surface of the prepared silica is smooth and has less by-products.

본 발명에서 흡유량은 실리카 입자의 크기와 비표면적으로 결정된다. 실리카 입자의 크기를 결정하는 것은 온도, 호모믹서(homomixer)의 rpm, 에멀젼에서 계면활성제의 종류나 비이온계 계면활성제/오일의 농도이다. 각각의 조건에 대해서 범위를 기술하면 다음과 같다. 온도는 10 ~ 25 ℃, 호모믹서 rpm은 3,500 ~ 5,000 rpm, 비이온계 계면활성제/오일 농도는 5~ 15 %이다. In the present invention, the amount of oil absorption is determined by the size and specific surface area of the silica particles. The size of the silica particles is determined by the temperature, the rpm of the homomixer, and the type of surfactant or concentration of nonionic surfactant/oil in the emulsion. The range for each condition is described as follows. The temperature is 10 ~ 25 ℃, the rpm of the homomixer is 3,500 ~ 5,000 rpm, and the nonionic surfactant / oil concentration is 5 ~ 15%.

상기 오일로는 케로신(kerosin) 또는 파라핀오일(paraffin Oil) 이 대표적이며, 디젤(disel) p-자일렌(p-xylene), 헥산(hexane), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 오일과 비이온계 계면활성제의 혼합용액 및 물유리의 중량비는 0.34 내지 1으로 사용할 수 있다.Representative examples of the oil include kerosin or paraffin oil, and diesel p-xylene, hexane, or a mixture thereof may be used. The weight ratio of the mixed solution of oil and nonionic surfactant and water glass may be 0.34 to 1.

계면활성제는 액체의 표면에 흡착되어 계면의 활성을 크게 하고 성질을 현저하게 변화시키는 물질로서, 본 발명에서는 에멀젼 내에서 물유리 용액의 액적 간 응집을 방지하고, 물유리 용액의 액적을 안정화시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 계면활성제로서 비이온계 계면활성제를 사용하며, 구체적으로 (솔비탄 모노올리에이트(sorbitan monooleate), 솔비탄 모노스테아 레이트(sorbitan monostearate), 솔비탄 모노팔미테이트(sorbitan monopalmitate) 및 솔비탄 모 노라우레이트(sorbitan monolaurate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이들 계면활성제는 에멀젼 내에 바람직하게 0.16 ~ 3 %의 무게 범위로 포함되게 한다.A surfactant is a substance that is adsorbed on the surface of a liquid to increase the activity of the interface and significantly change its properties. . In the present invention, a nonionic surfactant is used as a surfactant, specifically (sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monopalmitate and sorbitan It may be one or more selected from the group consisting of monolaurate (sorbitan monolaurate) These surfactants are preferably included in the weight range of 0.16 to 3% in the emulsion.

상기 오일과 비이온계 계면활성제를 먼저 혼합하고 여기에 물유리를 넣어 호모믹서를 사용하여 교반하면 안정된 에멀젼을 형성한다. 에멀젼의 안정화를 위해 교반은 바람직하게 3,000 내지 6,000 rpm 의 속도로 10 분 내지 30 분 동안 실시하며, 이때 온도 범위는 10 ~ 40 ℃이다. 이때 에멀젼에 가해진 물리적 에너지(교반력)은 표면에너지로 저장되며 수 시간이 지나도 에멀젼으로 유지되는 특징이 있다. 또한 에멀젼 구체의 크기는 rpm 속도, 각 유체의 온도(오일 및 물유리), 물유리의 농도, 그리고 계면활성제의 농도에 의해 결정되며 그 크기의 범위는 3 내지 100 ㎛ 범위이다. When the oil and the nonionic surfactant are first mixed, and water glass is added thereto and stirred using a homomixer, a stable emulsion is formed. Stirring is preferably carried out at a speed of 3,000 to 6,000 rpm for 10 to 30 minutes to stabilize the emulsion, and the temperature range is 10 to 40 °C. At this time, the physical energy (stirring force) applied to the emulsion is stored as surface energy and is characterized by being maintained as an emulsion even after several hours. In addition, the size of the emulsion sphere is determined by the rpm speed, the temperature of each fluid (oil and water glass), the concentration of the water glass, and the concentration of the surfactant, and the size ranges from 3 to 100 μm.

질산(HNO3) 용액 및 겔화제(NH4HCO3) 용액은 각각 10 내지 15 중량%의 질산에 9 내지 13 중량%의 겔화제를 포함하는 용액이다. 이 용액을 만드는 순서는 겔화제에 상기 질산 용액을 적하하는 방식으로 제조되며, 이때 생성되는 기포는 탄산가스(CO2)이다. 여기에 상기 교반으로 안정화된 에멀젼을 천천히 적하한다. The nitric acid (HNO3) solution and the gelling agent (NH4HCO3) solution are solutions containing 9 to 13% by weight of the gelling agent in 10 to 15% by weight of nitric acid, respectively. The order of making this solution is prepared by dropping the nitric acid solution into the gelling agent, and the bubbles generated at this time are carbon dioxide (CO2). To this, the emulsion stabilized by the stirring is slowly added dropwise.

그런 다음, 적하된 에멀젼을 포함하는 질산 및 겔화제 (NH4HCO3) 용액을 75 내지 85 ℃에 도달하고 나서 0.5 내지 1 시간 동안 가열한다. 온도가 상승함에 따라 저장된 표면에너지는 다시 상 분리를 이루게 되는데 이때의 온도를 친수성 성질과 친유성 성질이 평형을 이루는 온도 (PIT ,Phase Inversion Temperature) 이라 한다. 상기 반응에서는 30 내지 50℃ 범위에서 PIT 범위에 도달하며 75℃에 이르면 거의 완전히 분리된다. PIT 범위에서 적하된 에멀젼 용액(SiO2 + 오일 + 계면활성제)은 친유성상(Oil + 계면활성제)이 층분리 되어 밀도차에 의해 상층으로 이동한다. 그 순간 남아있던 물유리 액적은 즉시 친수성상(질산, 겔화제)과 반응하여 구형으로 겔화된다. Then, the solution of nitric acid and gelling agent (NH4HCO3) containing the loaded emulsion is heated for 0.5 to 1 hour after reaching 75 to 85°C. As the temperature rises, the stored surface energy undergoes phase separation again, and the temperature at this time is called the temperature at which hydrophilic and lipophilic properties equilibrate (PIT, Phase Inversion Temperature). In the above reaction, the PIT range is reached in the range of 30 to 50 ° C, and almost completely separated at 75 ° C. In the emulsion solution (SiO2 + oil + surfactant) dropped in the PIT range, the lipophilic phase (oil + surfactant) is separated and moves to the upper layer due to the density difference. At that moment, the remaining water glass droplets immediately react with the hydrophilic phase (nitric acid, gelling agent) and gelate into a spherical shape.

반응이 완료되었을 때 총 3가지 상이 존재하며, 가장 상층은 오일과 비이온계 계면활성제 층이고, 다음으로 물, 다음으로 물과 고형분이 포함된 층이다. 이때 물과 오일층의 밀도 차이를 이용해 하층의 물과 고형분만을 아래로 빼낸다. 물과 고형물에는 미량의 오일성분이 포함된다.When the reaction is complete, there are a total of three phases, the uppermost layer is an oil and nonionic surfactant layer, followed by water, and then a layer containing water and solids. At this time, using the difference in density between the water and oil layers, only the water and solids in the lower layer are taken out. Water and solids contain trace amounts of oil components.

미량의 오일성분을 완벽하게 제거하기 위해, 물과 고형분이 포함된 용액을 초음파 및 마이크로웨이브를 사용하여 미량의 오일 성분을 고형분에서 재분리시킨 다. 초음파는 바람직하게 온도 70 ℃ 이상에서 60 ~ 70 초 동안 수행하며, 이어서 26 ~ 28 kHz 파장 범위의 마이크로웨이브를 1 내지 3 시간 동안 조사한다. 이때 고형분을 포함한 수용액의 온도는 70 ℃ 에서 90 ℃로 상승하며 미량의 오일 성분이 상층으로 이동한다. 그런 다음 분액 깔때기를 이용하여 다시 물과 고형분을 아래로 빼낸다. In order to completely remove trace amounts of oil components, a solution containing water and solid components is re-separated from solid components using ultrasonic waves and microwaves. Ultrasound is preferably performed at a temperature of 70 ° C. or higher for 60 to 70 seconds, and then microwaves in a wavelength range of 26 to 28 kHz are irradiated for 1 to 3 hours. At this time, the temperature of the aqueous solution containing the solid content rises from 70 ° C to 90 ° C, and a small amount of oil component moves to the upper layer. Then, using a separatory funnel, drain the water and solids again.

필터 여과 혹은 원심분리 방식으로 고액 분리를 수행한다. 이 과정에서 수분이 약 67 ~ 80 % 수분을 함유한 실리카가 얻어지는데, 이때 전도도 및 pH는 각각 100 mS/m 이하, pH 7~8 가 될 때까지 수세를 반복한다. Solid-liquid separation is performed by filter filtration or centrifugation. In this process, silica containing about 67 to 80% of water is obtained. At this time, water washing is repeated until the conductivity and pH are 100 mS/m or less, respectively, and the pH is 7 to 8.

이러한 과정을 거처 고체 상태의 구형 실리카가 얻어지며, 마지막으로 이들을 건조하여(수분 5% 이하) 본 발명의 구형 실리카의 제조를 완성한다. 상기 세정은 물(수도수, 공업용수)로 이루어진다. 상기 건조는 박스 오븐, 열풍 건조 또는 마이크로웨이브 건조의 과정으로 이루어질 수 있다. Through this process, spherical silica in a solid state is obtained, and finally, they are dried (moisture content of 5% or less) to complete the preparation of the spherical silica of the present invention. The washing is performed with water (tap water, industrial water). The drying may be performed in a box oven, hot air drying or microwave drying process.

본 발명의 제조방법은 상기 오일 제거 과정에서 초음파와 마이크로웨이브를 사용함으로써 효과적으로 오일을 제거하며, 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 기존 공정(도 1)에서 24 시간에 걸쳐 이루어지던 오일 제거 과정을 1 내지 3 시간에 끝낼 수 있으므로 총 공정 시간의 단축을 가져오는 것이다(도 2).The manufacturing method of the present invention can effectively remove oil and shorten the process time by using ultrasonic waves and microwaves in the oil removal process. That is, since the oil removal process, which took 24 hours in the existing process (FIG. 1), can be completed in 1 to 3 hours, the total process time is reduced (FIG. 2).

이렇게 제조된 본 발명의 구형 실리카는 흡유량이 향상된 결과를 나타낸다. 따라서, 본 발명의 구형 실리카는 바람직하게 화장품, 반도체 및 수지 충전재로 유용하게 사용될 수 있다.The spherical silica of the present invention thus prepared shows an improved oil absorption. Therefore, the spherical silica of the present invention can be advantageously used as cosmetic, semiconductor and resin fillers.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

실시예 1Example 1

도 3에 도시된 바와 같은 공정에 따라 구형 실리카를 제조하였다.Spherical silica was prepared according to the process shown in FIG. 3 .

물유리 3호(sodium silicate, 일신화학, 실리카 함량 28 ~ 30 중량%, SiO2:Na2O = 3.52 : 1)와 증류수를 희석하여 SiO2 함량이 14.5 중량%인 물유리 용액을 제조하여, 24시간 숙성 후, 필터하여 준비했다. 케로신과 계면활성제 솔비탄 모노올리에이트(SPAN 80, HLB=4.3)를 혼합하여 혼합액을 만든 다음 여기에 준비된 물유리를 넣었다. Water glass No. 3 (sodium silicate, Ilshin Chemical, silica content 28-30% by weight, SiO2:Na2O = 3.52:1) and distilled water were diluted to prepare a water glass solution with a SiO2 content of 14.5% by weight, and after aging for 24 hours, filter prepared by Kerosine and the surfactant sorbitan monooleate (SPAN 80, HLB=4.3) were mixed to form a mixed solution, and then prepared water glass was added thereto.

다음으로, 상기 에멀젼을 4,500 rpm, 10 ℃ 조건으로 교반속도로 30 분 동안 교반하여 에멀젼을 안정화시켰다. 그런 후, 질산과 NH4HCO3 용액을 혼합한 용액을 100 rpm 으로 교반하면서 상기 교반으로 안정화된 에멀젼을 일정한 속도로 적하했다. Next, the emulsion was stirred for 30 minutes at a stirring speed of 4,500 rpm and 10 °C to stabilize the emulsion. Thereafter, while stirring the mixture of nitric acid and NH4HCO3 solution at 100 rpm, the emulsion stabilized by the stirring was added dropwise at a constant speed.

그런다음, 적하된 에멀젼을 포함하는 질산 및 겔화제 (NH4HCO3) 용액을 80 ℃ 에서 1 시간 동안 가열했다. 반응물을 충분히 가라앉히고, 하부 밸브를 통해 실리카가 포함된 용액을 추출하였다.Then, a solution of nitric acid and gelling agent (NH4HCO3) containing the loaded emulsion was heated at 80 DEG C for 1 hour. The reactants were sufficiently settled, and a solution containing silica was extracted through a lower valve.

가열이 끝난 용액에 대해 60 초 동안 초음파 처리하였으며, 이어서 26 ~ 28 kHz 파장 범위의 마이크로웨이브를 3 시간 동안 조사하여 미량의 오일을 재분리하였다. The heated solution was sonicated for 60 seconds, and then microwaves in the wavelength range of 26 to 28 kHz were irradiated for 3 hours to re-separate trace amounts of oil.

분리된 실리카를 필터하였고, 물을 가하여 세정했다. 마지막으로 75 ℃ 이상의 열풍으로 건조함으로써 구형 실리카(도 2 의 ‘실리카 제품’) 제조하였다.The separated silica was filtered and washed with water. Finally, spherical silica ('silica product' in FIG. 2) was prepared by drying with hot air at 75 ° C or higher.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1 과 동일한 방법으로 구형 실리카를 제조하였으나, 숙성하지 않은 물유리를 사용하였다.Spherical silica was prepared in the same manner as in Example 1, but unaged water glass was used.

도 4a 및 4b는 각각 실시예 1 및 비교예 1 에서 제조된 구형 실리카의 SEM 사진이다. 이를 보면, 물유리를 숙성시켜 실리카를 제조할 경우, 실리카 표면에 부착물 없이 깨끗하고 또렷한 구형으로 제조된 것을 확인할 수 있다.4a and 4b are SEM images of spherical silica prepared in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. Looking at this, it can be seen that when the silica is produced by aging the water glass, it is produced in a clean and clear spherical shape without any deposits on the silica surface.

비교예 2Comparative Example 2

구형 실리카로 선진뷰티사이언스(주)의 SUNSIL-130 제품을 사용했다. Sunjin Beauty Science Co., Ltd.'s SUNSIL-130 product was used as spherical silica.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 에멀젼화 교반속도를 4,500rpm 대신 3,000rpm 으로 하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 구형실리카를 제조하였다.Spherical silica was prepared in the same manner as in Example 1, except that the emulsification stirring speed was 3,000 rpm instead of 4,500 rpm.

실시예 3Example 3

실시예 1에서 에멀젼화 교반 속도를 4,500 rpm 대신 6,000 rpm 으로 하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 구형실리카를 제조하였다.Spherical silica was prepared in the same manner as in Example 1 except that the emulsification stirring speed was 6,000 rpm instead of 4,500 rpm.

실시예 4Example 4

실시예 1에서 물유리 내 SiO2 함량을 14.5 중량% 대신 18.5 중량 %으로, 에멀젼화 교반속도를 4,500 rpm 대신 3,000 rpm 으로 하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 구형실리카를 제조하였다.Spherical silica was prepared in the same manner as in Example 1 except that the SiO2 content in the water glass was 18.5 wt% instead of 14.5 wt% and the emulsification stirring speed was 3,000 rpm instead of 4,500 rpm.

실시예 5Example 5

실시예 1에서 물유리 내 SiO2 함량을 14.5 중량% 대신 18.5 중량 %으로 하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 구형 실리카를 제조하였다.Spherical silica was prepared in the same manner as in Example 1 except that the SiO2 content in the water glass was 18.5 wt% instead of 14.5 wt%.

실시예 6Example 6

실시예 1에서 물유리 내 SiO2 함량을 14.5 중량% 대신 18.5 중량 % 으로, 에멀젼화 교반속도를 4,500 rpm 대신 6,000 rpm 으로 하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 구형 실리카를 제조하였다.Spherical silica was prepared in the same manner as in Example 1 except that the SiO2 content in the water glass was 18.5 wt% instead of 14.5 wt% and the emulsification stirring speed was 6,000 rpm instead of 4,500 rpm.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 2와 3의 흡유량, 평균입도, D50 및 D90을 측정하였다. 흡유량 및 평균입도는 "안료와 체질안료의 일반 시험방법 제5부: 흡유량의 측정"에 규정된 시험방법에 의해 각각 측정하였다. 상기 시험방법은 "http://www.kssn.net/StdKS/ks_detail.asp?k1=M&k2=ISO%20787-5&k3=2"에 구체적으로 기재되어 있다. 결과를 표 1 에 나타냈다.Oil absorption, average particle size, D50 and D90 of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 and 3 were measured. The amount of oil absorption and average particle size were each measured by the test method specified in "General Test Methods for Pigments and Extender Pigments Part 5: Measurement of Oil Absorption". The test method is specifically described in "http://www.kssn.net/StdKS/ks_detail.asp?k1=M&k2=ISO%20787-5&k3=2". The results are shown in Table 1.

항목item 세부항목Details 실시예 1Example 1 비교예2Comparative Example 2 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예4Example 4 실시예 5Example 5 실시예6Example 6 주요합성조건Main synthesis conditions 물유리 내 SiO2함량SiO2 content in water glass 14.5 %14.5% 타사제품Third party product 14.5 %14.5% 14.5 %14.5% 18.5 %18.5% 18.5 %18.5% 18.5 %18.5% 물유리 숙성 여부Water glass aging OO -- OO OO OO OO OO 에멀젼 교반속도 (rpm)Emulsion stirring speed (rpm) 4,5004,500 타사제품Third party product 3,0003,000 6,0006,000 3,0003,000 4,5004,500 6,0006,000 분석결과Analysis 흡유량
(g/100g)
oil absorption
(g/100g)
163.3163.3 111.13111.13 153.17153.17 170.9170.9 130.76130.76 140.7140.7 145.7145.7
평균입도
(㎛)
average particle size
(μm)
7.787.78 7.27.2 18.8418.84 4.914.91 16.9516.95 4.984.98 4.464.46
D50
(㎛)
D50
(μm)
6.366.36 6.86.8 6.186.18 4.744.74 14.8914.89 4.664.66 3.583.58
D90
(㎛)
D90
(μm)
14.114.1 10.610.6 34.7634.76 6.186.18 31.2231.22 7.357.35 8.518.51

상기 표에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구형 실리카는 비교예 2(타사 제품)에 비해 흡유량이 향상된 결과를 가져온다. As shown in the table above, the spherical silica according to the embodiment of the present invention has an improved oil absorption compared to Comparative Example 2 (competitor's product).

Claims (8)

물유리, 비이온계 계면활성제, 오일을 교반하여 안정된 에멀젼을 형성하는 단계;
상기 교반된 에멀젼을 질산 및 겔화제 (NH4HCO3) 혼합용액에 적하하는 단계;
75 내지 85 ℃에서 0.5 내지 1 시간 동안 가열하는 단계;
초음파 및 마이크로웨이브를 통해 미량의 오일을 제거하는 단계;
물리적 연속 분리 공정으로 빠르게 고액 분리하는 단계 및
여과, 세정, 건조하는 단계를 포함하는 구형 실리카의 제조방법.
Stirring water glass, nonionic surfactant, and oil to form a stable emulsion;
Dropping the stirred emulsion into a mixed solution of nitric acid and a gelling agent (NH4HCO3);
heating at 75 to 85° C. for 0.5 to 1 hour;
removing trace amounts of oil through ultrasound and microwave;
Step of rapidly solid-liquid separation with a physical continuous separation process; and
A method for producing spherical silica comprising the steps of filtering, washing, and drying.
제1항에서,
상기 물유리는 물유리 내 SiO2 함량 기준 14.5 % ~ 22.13 % (SiO2% w/w %)의 범위의 농도인 것을 특징으로 하는, 구형 실리카의 제조방법.
In paragraph 1,
The method for producing spherical silica, characterized in that the water glass has a concentration in the range of 14.5% to 22.13% (SiO2% w/w%) based on the SiO2 content in the water glass.
제1항에서,
상기 비이온계 계면활성제는 솔 비탄 모노올리에이트(sorbitan monooleate), 솔비탄 모노스테아 레이트(sorbitan monostearate), 솔비탄 모노팔미테이트(sorbitan monopalmitate) 및 솔비탄 모노라우레이트(sorbitan monolaurate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 구형 실리카의 제조방법.
In paragraph 1,
The nonionic surfactant is from the group consisting of sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monopalmitate and sorbitan monolaurate. Characterized in that at least one selected, a method for producing spherical silica.
제1항에서,
상기 오일은 케로신(kerosin) 또는 p-자일렌(p-xylene), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 구형 실리카의 제조방법.
In paragraph 1,
The method for producing spherical silica, characterized in that the oil is kerosin or p-xylene, or a mixture thereof.
제1항에서,
상기 물유리는 30 내지 50 ℃의 온도로 24 시간 숙성하여 필터하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 구형 실리카의 제조방법.
In paragraph 1,
The method for producing spherical silica, characterized in that the water glass is aged at a temperature of 30 to 50 ° C. for 24 hours and filtered before use.
제1항에서,
상기 교반은 10 ~40℃의 온도에서 3,000 내지 6,000 rpm 의 속도로 0.5 내지 1 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는, 구형 실리카의 제조방법.
In paragraph 1,
The stirring is a method for producing spherical silica, characterized in that for 0.5 to 1 hour at a rate of 3,000 to 6,000 rpm at a temperature of 10 ~ 40 ℃.
제1항에서,
상기 초음파 및 마이크로웨이브에 의한 분리 공정은 1 내지 3 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 구형 실리카의 제조방법.
In paragraph 1,
The method for producing spherical silica, characterized in that the separation process by ultrasonic waves and microwaves is performed for 1 to 3 hours.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 구형 실리카.Spherical silica, characterized in that produced by the method of any one of claims 1 to 7.
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